Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T12:30:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paixao_OswaldoPedreira_D.pdf: 3002384 bytes, checksum: f5a0e8e8022dabd36cfce9ffdb839f9b (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho, tem como objetivo o desenvolvimento de novas técnicas, para análise de regime permanente não-autonoma de circuitos de alta-velocidade não-lineares em grande-escala. Para tal, é proposto um novo método do balanço harmônico (BH) fundamentado em uma eficiente metodologia de decomposição multi-níveis, que subdivide um circuito não-linear em grande escala em uma estrutura hierarquica de super-redes (SuRs) esparsamente interconectadas. Mais precisamente, em cada nível de hierarquia, o circuito é composto por SuRs intermediárias, SuRs de fundo, e redes de conexão (RCs). As SuRs de fundo são decompostas em um aglomerado de subredes não-lineares (SRNs) correspondendo a dispositivos semicondutores, que por sua vez, estão envolvidos por uma sub-rede linear (SRL). A equação de estado e de sonda das SuRs de fundo foram obtidas utilizando uma nova metodologia que combina a formulação de espaço de estado (FEE) para as SRNs com a formulação nodal modificada (FNM) para a SRL. Esta metodologia FEE/FNM produz um sistema quadrado de equações com menor tamanho possível. Para realização das conversões do sinal entre os domínios do tempo e da frequência, foram discutidas e implementadas diferentes transformadas de Fourier discreta (TFDs), para operação em regime multi-tons, incluindo sinais com modulação digital. A equação determinante do BH multi-níveis do circuito assume uma estrutura hierarquica do tipo bloco diagonal com borda , que pode ser eficientemente resolvida utilizando técnicas de processamento paralelo. A matriz jacobiana de cada SuR de fundo é processada utilizando eficientes técnicas de matrizes esparsas, junto com o conceito de espectro de derivada. Para a solução da equação determinante, foram utilizados os métodos de Newton e do tensor para problemas de pequena- e média-escala, e os métodos de Newton inexato e do tensor inexato para problemas em grande-escala. A globalização via pesquisa-em-linha com retrocedimento, foi adotada para nestes solucionadores não-lineares. Entretanto, para o método do tensor e do tensor inexato, também foi adotada a técnica de pesquisa-em-linha curvilinear. Nos métodos inexatos, técnicas de pré-condicionamento foram utilizadas, para aumentar a eficiência e a robustez do solucionador linear iterativo em subespaço de Krylov (GMRES, GMRES-Bt e TGMRES-Bt). Finalmente, a formulação proposta foi validada e a eficiência do método do tensor e do tensor inexato comparada com o método de Newton e de Newton inexato, para diferentes topologias de circuitos utilizando diodos, FETs e HBTs, e operando sob diferentes regimes de excitação multi-tons. / Abstract: This work deals with the development of new techniques for nonautonomous nonlinear steady-state analysis of high-speed large-scale integrated circuits. To this end, it is proposed a novel harmonic balance (HB) method fundamented on a efficient multi-level decomposition methodology, that divides a large-scale circuit into hierarchical structure of sparsely interconnected supernetworks (SuNs). More precisely, the circuit is composed by intermediary SuRs, bottom SuRs and connection networks (CNs). The bottom SuNs are decomposed into a cluster of nonlinear subnetworks (NSNs) corresponding to the opto-electronic semiconductor devices, which in turn, are embedded by a linear subnetwork (LSN). Multi-port elements can be included in the LSN, in order to use measured data or results from electromagnetic analysis of structures with complex geometries. The formulation of the bottom SuN state and probe equations uses an improved table-oriented statespace formulation (SSF), that produces a square system with the lowest possible size, which is equal to the number of nonlinear state-variables (branch voltages and currents) that act as argument of the fuctions representing the semiconductor devices nonlinearities. The SSF is compared with the classical modified nodal formulation (MNF). For dealing with signal timefrequency conversions, discrete Fourier transform (DFT) techniques for different multi-tone regimes are discussed, including complex digitally modulated signals. The multi-level HB determining equation of the circuit assumes a hierarchical block bordered structure that can be efficiently tackled by parallel processing techniques. The HB jacobian matrix is handled using efficient sparse matrix techniques with a proper definition of the derivatives spectra. For the solution of a large-size HB problem, we investigated the applications of inexact tensor method based on Krylov-subspace techniques. Preconditioning are used to improve the robustness of the iterative tensor solver. To determine the circuit DC regime, we employ the tensor method. We adopted the backtracking linesearch technique as a globalisation strategy. However, for the tensor method, in particular, a curvilinear linesearch was also implemented. Finally, the formulation was validated and, the tensor and inexact tensor method efficiency was compared with the Newton and inexact Newton method, respectively, for several different circuits using diodos, FETs and HBTs, and operating under different multi-tone regimes. / Doutorado / Engenharia de Telecomunicações / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Anderson de Rezende Rocha / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T22:22:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_AllandaSilva_M.pdf: 47523880 bytes, checksum: 072eb0490c26631b80cdcc47d55a4817 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The complete abstract is available with the full electronic document / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação

As tensões residuais influenciam o comportamento mecânico dos metais e ligas. O campo de tensões pode determinar o desempenho do material. Então, torna-se de grande importância o estudo e a determinação das tensões residuais. O método padrão da difração de raios X para medir tensões s residuais (Método sen2ψ ) apresenta limitações na determinação de tensões caracterizadas por alto gradiente. È por isso que o estudo do gradiente de tensão superficial é um dos mais importantes problemas teóricos e experimentais em mecânica, especialmente no caso da análise de tensões superficiais que surgem após vários tipos de tratamentos superficiais, como: processamento por laser e tecnologia de implantação iônica. A simulação computacional e os métodos numéricos nos dão a possibilidade de resolver os problemas da determinação dos parâmetros do gradiente de tensão. Neste trabalho foi desenvolvida e aplicada a modelação e simulação computacional para o estudo do comportamento de materiais na presença de distribuições de tensão caracterizadas por alto gradiente. Foi aplicada a modelagem para diferentes tipos de tensões com gradiente para metais puros e ligas metálicas. Foi determinada uma forma para usar a modelagem no caso de materiais compósitos e são apresentados resultados para o caso do silumínio, mostrando o comportamento similar deste material compósito aos materiais puros como aço e alumínio. Usando a análise de Fourier, foi determinada a função de distorção nos casos de perfis alargados pela existência de gradiente de tensão. Foi determinada também a relação entre as funções de atenuação e de tensão na função de distorção e são apresentados resultados para diferentes tipos de distribuições de tensão. Ademais, foi desenvolvida uma metodologia para a determinação dos parâmetros do gradiente de tensão usando a simulação computacional das linhas de difração desenvolvida neste trabalho. A metodologia desenvolvida é baseada na simulação dos perfis de difração distorcidos pelo gradiente de tensão superficial e na análise destas distorções. Das metodologias desenvolvidas para a determinação de distribuições de tensões para o caso de gradiente, a que usa transformada de Fourier é matematicamente correta, porem apresenta dificuldades na determinação das funções de gradiente para casos de distribuições muito complexas e na determinação dos relacionamentos das escalas das funções envolvidas no processo de deconvolução. A alta complexidade deste método e os problemas numéricos que acarreta nos levam a propor a metodologia desenvolvida usando as larguras integrais dos perfis de difração para a determinação aproximada da função de distribuição de tensões. Esta metodologia é de simples aplicação e a sua precisão dependerá da quantidade de dados determinados na simulação direta para a obtenção dos gráficos de calibração. / The residual stress influences the mechanical behavior of metals and alloys. The stress field can determine the material performance. Then, become of great importance the study and determination of residual stress field. The standard X-ray diffraction method for residual stress measurement ent ( sen2ψ Method) presents limitations in the strong stress gradient determination. For that reason, the superficial stress gradient determination is one of the most important theoretical and experimental problem in engineering, especially in the analysis of the stress gradients due to surfaces treatments as laser or ionic implantation. The computational simulation and numerical methods give us the possibility of solve this problems. In this work is developed and applied two methods of modeling and simulation for the study of the material behavior with strong stress gradient. Is applied this modeling technique for different stress distribution in pure metals and metallic alloys. Is established a methodology for the composite material cases and is presents the results for the case of siluminium, showing that the behavior is similar to the other metals testing as steel and aluminum. Also, using Fourier analysis is determined the distortion function for the broadened profiles in the presence of stress gradient. In this work is shown the relation between the attenuation and stress distribution functions in the distortion. Is shown, results for several stress distribution functions. Moreover, is developed a methodology for the determination of stress gradient parameters using the computational simulation of the diffraction lines also developed in this work. The methodology is based in the simulation of the profiles broadened by stress gradient and the analysis of these distortions. Of the developed methodologies for the determination of stress distribution functions for the gradient case, the one that uses Fourier analysis is mathematically correct, but presents difficulties in the determination of the gradient functions for cases of complex stress distributions and in the scales determination of the functions involved in the deconvolution process. The high complexity of this method and the numeric problems that it carries leaves as, to propose the use of the developed methodology using the integral breath of the diffraction profiles for the approximate determination of the stress distribution function. The methodology application is simple and its accuracy will depend on the amount of data determined in the direct simulation to obtain the calibration graphics.

As tensões residuais influenciam o comportamento mecânico dos metais e ligas. O campo de tensões pode determinar o desempenho do material. Então, torna-se de grande importância o estudo e a determinação das tensões residuais. O método padrão da difração de raios X para medir tensões s residuais (Método sen2ψ ) apresenta limitações na determinação de tensões caracterizadas por alto gradiente. È por isso que o estudo do gradiente de tensão superficial é um dos mais importantes problemas teóricos e experimentais em mecânica, especialmente no caso da análise de tensões superficiais que surgem após vários tipos de tratamentos superficiais, como: processamento por laser e tecnologia de implantação iônica. A simulação computacional e os métodos numéricos nos dão a possibilidade de resolver os problemas da determinação dos parâmetros do gradiente de tensão. Neste trabalho foi desenvolvida e aplicada a modelação e simulação computacional para o estudo do comportamento de materiais na presença de distribuições de tensão caracterizadas por alto gradiente. Foi aplicada a modelagem para diferentes tipos de tensões com gradiente para metais puros e ligas metálicas. Foi determinada uma forma para usar a modelagem no caso de materiais compósitos e são apresentados resultados para o caso do silumínio, mostrando o comportamento similar deste material compósito aos materiais puros como aço e alumínio. Usando a análise de Fourier, foi determinada a função de distorção nos casos de perfis alargados pela existência de gradiente de tensão. Foi determinada também a relação entre as funções de atenuação e de tensão na função de distorção e são apresentados resultados para diferentes tipos de distribuições de tensão. Ademais, foi desenvolvida uma metodologia para a determinação dos parâmetros do gradiente de tensão usando a simulação computacional das linhas de difração desenvolvida neste trabalho. A metodologia desenvolvida é baseada na simulação dos perfis de difração distorcidos pelo gradiente de tensão superficial e na análise destas distorções. Das metodologias desenvolvidas para a determinação de distribuições de tensões para o caso de gradiente, a que usa transformada de Fourier é matematicamente correta, porem apresenta dificuldades na determinação das funções de gradiente para casos de distribuições muito complexas e na determinação dos relacionamentos das escalas das funções envolvidas no processo de deconvolução. A alta complexidade deste método e os problemas numéricos que acarreta nos levam a propor a metodologia desenvolvida usando as larguras integrais dos perfis de difração para a determinação aproximada da função de distribuição de tensões. Esta metodologia é de simples aplicação e a sua precisão dependerá da quantidade de dados determinados na simulação direta para a obtenção dos gráficos de calibração. / The residual stress influences the mechanical behavior of metals and alloys. The stress field can determine the material performance. Then, become of great importance the study and determination of residual stress field. The standard X-ray diffraction method for residual stress measurement ent ( sen2ψ Method) presents limitations in the strong stress gradient determination. For that reason, the superficial stress gradient determination is one of the most important theoretical and experimental problem in engineering, especially in the analysis of the stress gradients due to surfaces treatments as laser or ionic implantation. The computational simulation and numerical methods give us the possibility of solve this problems. In this work is developed and applied two methods of modeling and simulation for the study of the material behavior with strong stress gradient. Is applied this modeling technique for different stress distribution in pure metals and metallic alloys. Is established a methodology for the composite material cases and is presents the results for the case of siluminium, showing that the behavior is similar to the other metals testing as steel and aluminum. Also, using Fourier analysis is determined the distortion function for the broadened profiles in the presence of stress gradient. In this work is shown the relation between the attenuation and stress distribution functions in the distortion. Is shown, results for several stress distribution functions. Moreover, is developed a methodology for the determination of stress gradient parameters using the computational simulation of the diffraction lines also developed in this work. The methodology is based in the simulation of the profiles broadened by stress gradient and the analysis of these distortions. Of the developed methodologies for the determination of stress distribution functions for the gradient case, the one that uses Fourier analysis is mathematically correct, but presents difficulties in the determination of the gradient functions for cases of complex stress distributions and in the scales determination of the functions involved in the deconvolution process. The high complexity of this method and the numeric problems that it carries leaves as, to propose the use of the developed methodology using the integral breath of the diffraction profiles for the approximate determination of the stress distribution function. The methodology application is simple and its accuracy will depend on the amount of data determined in the direct simulation to obtain the calibration graphics.